2020屆高考物理總復(fù)習(xí)第十單元恒定電流第1講電阻定律閉合電路的歐姆定律教師用書.docx

第1講電阻定律閉合電路的歐姆定律近幾年高考對本章內(nèi)容的考查,主要涉及電路的分析與計算,包含歐姆定律的應(yīng)用問題、動態(tài)分析問題、故障判斷問題、含容電路問題、電功和電功率問題的處理方法等,題型以選擇題為主;另外本章知識常與電場、電磁感應(yīng)、交流電等知識綜合,?？加嬎泐}。實驗部分則以基本儀器的使用和實驗設(shè)計為主,題型以填空題的形式出現(xiàn)。預(yù)計2020年高考命題的重點仍將考查基本概念、規(guī)律的理解和應(yīng)用,特別要關(guān)注與實際生活聯(lián)系緊密的電路分析和計算問題;實驗則考查基本儀器的使用,對實驗原理的理解,實驗數(shù)據(jù)的分析和處理等。第1講電阻定律閉合電路的歐姆定律1電路的基本概念和規(guī)律(1)三個電流表達式的比較公式適用范圍字母含義公式含義定義式I=qt一切電路q為時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量qt反映了I的大小,但不能說Iq或I1t微觀式I=nqSv一切電路n:導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q:每個自由電荷的電荷量S:導(dǎo)體橫截面積v:電荷定向移動速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I=UR金屬、電解液U:導(dǎo)體兩端的電壓R:導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定IU,I1R(2)公式R=lS與R=UI的比較比較項目R=lSR=UI意義電阻的決定式電阻的定義式理解說明導(dǎo)體的電阻由、l、S決定,即與l成正比,與S成反比提供了一種測量電阻的方法(伏安法),不能認(rèn)為R與U成正比,與I成反比適用范圍只適用于粗細均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液適用于任何純電阻導(dǎo)體(3)電阻的串聯(lián)、并聯(lián)串聯(lián)電路并聯(lián)電路電路電流I=I1=I2=InI=I1+I2+In電壓U=U1+U2+UnU=U1=U2=Un總電阻R總=R1+R2+Rn1R總=1R1+1R2+1Rn功率分配P1P2=R1R2P1P2=R2R1(4)電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W=UIt電熱電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt(焦耳定律)電功率單位時間內(nèi)電流所做的功P=UI【易錯警示】含有直流電動機的電路不能簡單地認(rèn)為它一定是一個非純電阻電路,要從純電阻電路和非純電阻電路在能量轉(zhuǎn)化的區(qū)別上加以區(qū)分。若電動機不轉(zhuǎn)(如電動機轉(zhuǎn)子被卡住),則沒有電能轉(zhuǎn)化為機械能,此時電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,電路中雖然有電動機,但此時的電路仍可當(dāng)作純電阻電路處理。1.1(2018湖南常德二模)安培提出了著名的分子電流假說,根據(jù)這一假說,電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流。設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動。下列關(guān)于該環(huán)形電流的說法正確的是()。A.電流大小為ve2r,方向沿順時針方向B.電流大小為ver,方向沿順時針方向C.電流大小為ve2r,方向沿逆時針方向D.電流大小為ver,方向沿逆時針方向【答案】C1.2(2018湖北隨州10月月考)已知三個電阻R1=3 、R2=2 、R3=1 ,按如圖所示連接,則哪兩點間的電阻最小?()。A.A與B兩點間B.B與C兩點間C.A與C兩點間D.無法判斷【答案】C1.3(2018陜西西安七校聯(lián)考)(多選)如圖所示的電路中,輸入電壓U恒為12 V,燈泡L上標(biāo)有“6 V12 W”字樣,電動機線圈的電阻RM=0.50 。若燈泡恰能正常發(fā)光,以下說法中正確的是()。A.電動機的輸入功率為12 WB.電動機的輸出機械功率為12 WC.電動機的熱功率為2.0 WD.整個電路消耗的電功率為22 W【答案】AC2閉合電路歐姆定律(1)閉合電路的歐姆定律(2)路端電壓與外電阻的關(guān)系一般情況U=IR=ER+rR=E1+rR,當(dāng)R增大時,U增大特殊情況(1)當(dāng)外電路斷路時,I=0,U=E(2)當(dāng)外電路短路時,I短=Er,U=0(3)路端電壓跟電流的關(guān)系關(guān)系式:U=E-Ir。用圖象表示如圖所示,其中縱軸截距表示電動勢,橫軸截距表示短路電流,斜率的絕對值表示內(nèi)阻。 (4)閉合電路的功率及效率問題電源總功率任意電路:P總=EI=P出+P內(nèi)純電阻電路:P總=I2(R+r)=E2R+r電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=I2r=P總-P出電源的輸出功率任意電路:P出=UI=P總-P內(nèi)純電阻電路:P出=I2R=E2R(R+r)2P出與外電阻R的關(guān)系當(dāng)R=r時,電源的輸出功率最大為Pm=E24r當(dāng)Rr時,隨著R的增大輸出功率越來越小當(dāng)Rr時,隨著R的增大輸出功率越來越大當(dāng)P出Pm時,每個輸出功率對應(yīng)兩個外電阻R1和R2,且R1R2=r2電源的效率任意電路:=P出P總100%=UE100%純電阻電路:=RR+r100%【易錯警示】電源輸出功率與電源效率的區(qū)別,當(dāng)輸出功率增大時,效率不一定增大,當(dāng)R=r時,電源有最大輸出功率,而效率僅為50%。2.1(2018河北保定一輪)將一電動勢為E、內(nèi)阻為r的電池,與外電路連接,構(gòu)成一個閉合電路,用R表示外電路電阻,I表示電路的總電流,下列說法正確的是()。A.由U外=IR可知,外電壓隨I的增大而增大B.由U內(nèi)=Ir可知,電源兩端的電壓隨I的增大而增大C.由U外=E-Ir可知,電源輸出電壓隨輸出電流I的增大而減小D.由P=IU外可知,電源的輸出功率P隨輸出電流I的增大而增大【答案】C2.2(2018上海模擬)在如圖所示的電路中,閉合開關(guān)S,燈L1、L2正常發(fā)光。由于電路突然出現(xiàn)故障,發(fā)現(xiàn)燈L1變亮,燈L2變暗,電流表的示數(shù)變小,根據(jù)分析,發(fā)生的故障可能是()。A.R1斷路B.R2斷路C.R3短路D.R4短路【答案】A2.3(2018遼寧錦州檢測)將一電源與一電阻箱連接成閉合回路,測得電阻箱所消耗的功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示,由此可知()。A.電源最大輸出功率可能大于45 WB.電源內(nèi)阻一定等于5 C.電源電動勢為45 VD.電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率大于50%【答案】B3電阻的伏安特性曲線與電源的伏安特性曲線的比較在恒定電流電路中常會涉及兩種U-I圖線,一種是電阻的伏安特性曲線(過原點的直線),另一種是電源的伏安特性曲線(斜率為負(fù)值的直線)。在求解這類問題時要注意二者的區(qū)別。(1)電源的伏安特性曲線是一條斜率為負(fù)值的直線,如圖甲所示,反映的是電源的特征?？v軸上的截距表示電動勢,斜率的絕對值表示內(nèi)阻,圖線上每一點橫、縱坐標(biāo)的乘積為電源的輸出功率。甲乙(2)電阻的伏安特性曲線是一條過原點的直線,如圖乙所示,圖線上每一點縱、橫坐標(biāo)的比值為此時外電路的電阻。(3)上述兩條曲線在同一坐標(biāo)系中的交點表示電阻的工作點,即將電阻接在該電源上時,電阻中的電流和兩端的電壓。【易錯警示】利用電源的U-I圖象和電阻的U-I圖象解題,無論電阻的U-I圖象是線性還是非線性,解決此類問題的基本方法是圖解法,即把電源和電阻的U-I圖線畫在同一坐標(biāo)系中,圖線的交點即電阻的“工作點”,即將該電阻接在該電源上時,電阻中的電流和電阻兩端的電壓。3.1(2018吉林通化質(zhì)檢)為探究小燈泡L的伏安特性,連好圖示的電路后閉合開關(guān),通過移動變阻器的滑片,使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大,直到小燈泡正常發(fā)光。由電流表和電壓表得到的多組示數(shù)描繪出的U-I圖象應(yīng)是圖()?！敬鸢浮緽3.2(2018湖北武漢檢測)(多選)在如圖所示的U-I圖象中,直線為某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線,直線為某一電阻R的U-I圖線,用該電源直接與電阻R連接成閉合電路,由圖象可知()。A.R的阻值為1.5 B.電源電動勢為3 V,內(nèi)阻為0.5 C.電源的輸出功率為3.0 WD.電源內(nèi)部消耗的功率為1.5 W【答案】AD題型一非理想電表問題實際電路中電流表內(nèi)阻不可能為零,電壓表內(nèi)阻也不會是無窮大,電表內(nèi)阻對電路的影響有時不可忽略。近年來非理想電表對電路的影響、有關(guān)電路的計算及非理想電表的非常規(guī)接法的應(yīng)用等問題成為高考的一大熱點。【例1】兩個定值電阻R1、R2串聯(lián)接在U=12 V的直流電源上,有人把一個內(nèi)阻不是遠大于R1、R2的電壓表接在R1的兩端,如圖所示,電壓表的示數(shù)為8 V,如果把它改接在R2的兩端,則電壓表的示數(shù)將()。A.小于4 VB.等于4 VC.大于4 V而小于8 VD.等于或大于8 V【解析】當(dāng)電壓表并聯(lián)在R1兩端時,ab間的電阻是R1與電壓表內(nèi)阻RV并聯(lián)后的等效電阻Rab,Rab2R2,由此可以推斷,當(dāng)不用電壓表測量時,R2分得的電壓小于4V;當(dāng)把電壓表并在R2上時,bc間的電阻Rbc為R2和RV的并聯(lián)電阻,RbcR2,因而bc間電壓一定小于4V,所以A項正確?！敬鸢浮緼在分析非理想電表問題時,要明確以下兩點:(1)電壓表的示數(shù)等于通過電壓表的電流與其自身內(nèi)阻的乘積,即U=IVRV;電流表的示數(shù)等于其兩端的電壓與其自身內(nèi)阻之比,即I=UARA。因此可以將非理想電表當(dāng)作能顯示其電壓或電流的電阻看待。(2)當(dāng)電路中存在非理想電壓表時,相當(dāng)于RV與被測電路并聯(lián),起分流作用,故讀數(shù)比理想電壓表偏小;當(dāng)電路中接入非理想電流表時,相當(dāng)于RA串聯(lián)在被測電路中,起分壓作用,故讀數(shù)比理想電流表偏小?！咀兪接?xùn)練1】(2018河南信陽模擬)如圖甲所示電路中,電壓表與內(nèi)阻相同,與R1并聯(lián),的示數(shù)U1=3 V,的示數(shù)U2=2 V;現(xiàn)將改為與R2并聯(lián),如圖乙所示,再接在原來的電源上,那么()。甲乙A.的示數(shù)必增大,的示數(shù)必減小B.的示數(shù)必增大,的示數(shù)必增大C.的示數(shù)必減小,的示數(shù)必增大D.的示數(shù)必減小,的示數(shù)必減小【解析】在圖甲中,由R2兩端的電壓小于R1兩端的電壓知,R2R1RVR1+RVR1,R串=R2+R1RVR1+RV,在題圖乙中,顯然R2RVR2+RVR2,R串=R1+R2RVR2+RV;R串-R串=R2-R1+R1RVR1+RV-R2RVR2+RV=(R2-R1)(R1R2+R1RV+R2RV)(R1+RV)(R2+RV),因為R2R1,所以R串-R串0,即R串R串,由閉合電路歐姆定律可知,電壓表的示數(shù)增大,電壓表的示數(shù)減小,A項正確?！敬鸢浮緼題型二含容電路的分析電容器能儲存電荷和電能,在直流電路中,當(dāng)電容器充電、放電時,所在支路中有充電、放電電流。當(dāng)電路達到穩(wěn)定狀態(tài)時,電容器所在支路可視為斷路,簡化電路時可去掉。在分析和計算含有電容器的直流電路時,關(guān)鍵是明確電容器兩端的電壓,其具體方法如下。(1)電路穩(wěn)定后,由于電容器所在支路無電流通過,電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓。如圖所示,UC=UAD=U。(2)當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時,電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等。(3)電路的結(jié)構(gòu)變化時,將會引起電容器的充電、放電?！纠?】如圖所示,電源電動勢E=24 V,內(nèi)阻不計,R1=R3=R4=40 ,R2=20 ,電容器C1、C2分別標(biāo)有“2 F12 V”“8 F30 V”字樣,開始時S1、S2均斷開,且C1、C2均不帶電。求:(1)在S1閉合,S2斷開,電路穩(wěn)定后,電容器C1、C2所帶電荷量。(2)在S1、S2均閉合,電路穩(wěn)定后,電容器C1左極板、C2上極板所帶電荷量。【解析】(1)在S1閉合,S2斷開,電路穩(wěn)定后,C1兩端電壓UC1=0,C1所帶電荷量Q1=C1UC1=0C2兩端電壓UC2=U1=ER1R1+R2=16V,C2所帶電荷量Q2=C2UC2=1.2810-4C。(2)兩開關(guān)都閉合穩(wěn)定后,C1兩端電壓UC1=U3=ER3R3+R4=12VC1所帶電荷量Q1=C1UC1=2.410-5CR1兩端電壓U1=ER1R1+R2=16VC2兩端電壓UC2=U1-U3=4VQ2=C2UC2=3.210-5C故C1左極板所帶電荷量為-2.410-5C,C2上極板所帶電荷量為-3.210-5C?！敬鸢浮?1)01.2810-4C(2)-2.410-5C-3.210-5C(1)電路的簡化不分析電容器的充、放電過程時,把電容器所處的支路視為斷路,簡化電路時可以去掉,求電荷量時再在相應(yīng)位置補上。(2)電路穩(wěn)定時電容器的處理方法電容器所在的支路中沒有電流,同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線,即電阻不降低電壓,是等勢體。電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的支路兩端的電壓。(3)電容器所帶電荷量及其變化的計算利用Q=CU計算電容器所帶的電荷量。如果變化前后極板帶電的電性相同,那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之差。如果變化前后極板帶電的電性相反,那么通過所連導(dǎo)線的電荷量等于初、末狀態(tài)電容器所帶電荷量之和。(4)分析含容電路的注意事項如果電容器與電源并聯(lián),且電路中有電流通過,則電容器兩端的電壓不是電源的電動勢E,而是路端電壓U。在含電容器電路中,當(dāng)電路發(fā)生變化時,除了要判斷和計算電容器兩端的電壓外,還必須判斷電容器極板上極性的變化,防止在出現(xiàn)電容器先放電后反向充電的情況時計算錯誤?！咀兪接?xùn)練2】(2018皖南聯(lián)考)(多選)在如圖所示的電路中,開關(guān)閉合后,燈泡L能正常發(fā)光。當(dāng)滑動變阻器的滑片向右移動時,下列判斷正確的是()。A.滑動變阻器R的阻值變小B.燈泡L變暗C.電源消耗的功率增大D.電容器C所帶電荷量增大【解析】滑動變阻器的滑片向右移動時,其電阻R增大,流過R的電流減小,燈泡L變暗,故A項錯誤,B項正確;由P總=EI可知電源消耗的功率減小,C項錯誤;電容器C上電壓為路端電壓,由U路=E-Ir可知路端電壓增大,即電容器C上所帶電荷量增大,D項正確。【答案】BD【變式訓(xùn)練3】(2018湖北襄陽模擬)如圖所示的電路,R1=R3=R4=R5=R,滑動變阻器R2的總電阻為4R,其滑片P恰處在正中,電源的內(nèi)阻不計,開關(guān)S1閉合,單刀雙擲開關(guān)S2合在a端,此時平行板電容器C所帶電荷量為Q,如果將R2的滑片滑到最右端()。A.電容器C所帶電荷量將變?yōu)?Q5B.電容器C所帶電荷量將變?yōu)镼5C.再將S2由a合向b端,將有向左的瞬時電流流過R4D.再將S2由a合向b端,通過電阻R5的電荷量為3Q【解析】開關(guān)S2接a時,R3、R4斷開,R1與R2串聯(lián),R2的有效阻值為2R,電容器與電阻R1并聯(lián),故電容器兩端的電壓等于R1兩端的電壓U=E3RR=E3,將R2的滑片滑到最右端時,R2的有效阻值為4R,R1兩端的電壓U=E5RR=E5,由Q=CU,可知Q=E3C,后來的電荷量Q=E5C=3Q5,A、B兩項錯誤。開關(guān)S2合在a端時,電容器下極板帶正電,開關(guān)S2由a合向b端時,電容器下極板帶負(fù)電;負(fù)電荷由右向左流入電容器下極板,故有向右的電流流過R4,C項錯誤。將S2由a合向b端后,電容器兩端電壓變?yōu)樵瓉淼?倍,故電容器兩端的電荷量Q=12Q5,則通過電阻R5的電荷量為Q+Q=3Q5+12Q5=3Q,D項正確。【答案】D題型三電路的動態(tài)分析問題1.判定總電阻變化情況的規(guī)律(1)當(dāng)外電路的任何一個電阻增大(或減小)時,電路的總電阻一定增大(或減小)。(2)當(dāng)開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時,電路的總電阻增大;當(dāng)開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時,電路的總電阻減小。(3)在如圖所示的分壓電路中,滑動變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成,其中一段R并與用電器并聯(lián),另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)。A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢一致。2.分析動態(tài)變化問題要注意以下三點(1)兩個公式:閉合電路歐姆定律E=U+Ir(E、r不變)和部分電路歐姆定律U=IR。(2)兩個關(guān)系:外電壓等于外電路上串聯(lián)各部分電壓之和;總電流等于各支路電流之和。(3)兩種方法:程序法、“串反并同”法。【例3】(多選)將電學(xué)元件按照如圖所示的電路連接,其中電源的內(nèi)阻不能忽略,電壓表和電流表均為理想電表,開始時滑動變阻器的滑片位于滑動變阻器的中間位置,電路中的小燈泡正常發(fā)光。在滑動變阻器的滑片逐漸向右端滑動的過程中,下列選項中正確的是()。A.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)增大B.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變暗D.定值電阻R1消耗的電功率減小【解析】思路一程序法。在滑動變阻器的滑片逐漸向右端滑動時,滑動變阻器接入電路的電阻減小,總電阻減小,由閉合電路歐姆定律可以判斷,電路中總電流增大,電流表示數(shù)增大,由U=IR可以判斷內(nèi)電壓增大,則路端電壓減小,小燈泡L消耗的功率減小,則其亮度變暗,C項正確;流過R1的電流I1=I總-IL,可知I1增大,電阻R1消耗的功率增大,UR1增大,D項錯誤;電壓表示數(shù)UV=UL-UR1,可知UV減小,A項錯誤,B項正確。思路二“串反并同”法。在滑動變阻器的滑片向右滑動的過程中,滑動變阻器接入電路的電阻減小,電壓表與滑動變阻器并聯(lián),則電壓表的示數(shù)減小;定值電阻R1與滑動變阻器串聯(lián),則定值電阻R1消耗的電功率增大;小燈泡與滑動變阻器間接并聯(lián),則小燈泡的亮度變暗;電流表與滑動變阻器間接串聯(lián),則電流表的示數(shù)增大;由以上分析可知B、C兩項正確?！敬鸢浮緽C(1)程序法解決閉合電路動態(tài)變化問題,應(yīng)按照局部整體局部的程序進行分析。具體的思路是:電路結(jié)構(gòu)的變化R的變化R總的變化I總的變化U內(nèi)的變化U外的變化固定支路并聯(lián)分流I串聯(lián)分壓U變化支路。對于固定不變的部分,一般按照歐姆定律直接判斷;而對于變化的部分,一般應(yīng)根據(jù)分壓或分流間接判斷。(2)“串反并同”法所謂“串反”,即某一電阻增大時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小,反之則增大。所謂“并同”,即某一電阻增大時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大,反之則減小。即U串I串P串RU并I并P并【變式訓(xùn)練4】(2018四川綿陽期末)(多選)如圖所示,圖中的四個電表均為理想電表,當(dāng)滑動變阻器滑片P向右端移動時,下列說法中正確的是()。A.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大B.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小C.電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大D.電壓表的示數(shù)增大,電流表的示數(shù)減小【解析】滑動變阻器滑片P向右端移動,使得RP減小,總電阻減小,總電流增大,即電流表的示數(shù)增大。電源內(nèi)電壓增大,R1兩端電壓增大,并聯(lián)電路的電壓(電壓表的示數(shù))減小,R3兩端電壓減小,通過R3的電流減小,即電流表的示數(shù)減小,因為總電流增大,所以經(jīng)過另外一個支路即經(jīng)過R2的電流增大,R2兩端電壓增大,即電壓表的示數(shù)增大,A、D兩項正確?！敬鸢浮緼D【變式訓(xùn)練5】(2018山西太原二模)(多選)A、B、C是三個不同規(guī)格的燈泡,按如圖所示方式連接,閉合開關(guān)后恰好都能正常發(fā)光,已知電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,將滑動變阻器的滑片P向左移動少許,設(shè)燈泡不會燒壞,則()。A.整個電路的總功率一定變小B.電源的輸出功率可能變小C.A、B燈變亮,C燈變暗D.B燈變亮,A、C燈都變暗【解析】將滑動變阻器的滑片P向左移動時,其接入電路的電阻減小,外電路總電阻減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律得,干路電流增大,則A燈變亮。根據(jù)P=EI可知,E不變,I增大,則電源的總功率一定增大。并聯(lián)部分的總電阻減小,分擔(dān)的電壓減小,則C燈變暗。由于通過B燈的電流等于干路電流與通過C燈電流之差,干路電流增大,而通過C燈的電流減小,則通過B燈的電流增大,B燈變亮,即A、B燈比原來亮,C燈變暗。當(dāng)外電路電阻和電源內(nèi)阻相等時,電源的輸出功率最大,由于內(nèi)外電阻的關(guān)系未知,所以不能確定電源的輸出功率如何變化,B、C兩項正確?！敬鸢浮緽C【變式訓(xùn)練6】(2018河南南陽模擬)如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,理想電壓表、的示數(shù)分別為U1、U2,其變化量的絕對值分別為U1和U2;流過電源的電流為I,其變化量的絕對值為I。在滑動變阻器的滑片從右端滑到左端的過程中(燈泡電阻不變化)()。A.小燈泡L1、L3變暗,L2變亮B.U1U2C.U1I增大 D.U2I不變【解析】滑動變阻器滑片P向左端移動,RP變小,總電阻變小,總電流變大,燈泡L2變亮,電壓表示數(shù)U2和內(nèi)電壓U內(nèi)變大,L3所分電壓U1=E-U2-U內(nèi),可知U1減小,則通過L3的電流變小,L3變暗,通過L1的電流I1=I-I3,可知I1變大,即L1變亮,A項錯誤;由閉合電路歐姆定律有U內(nèi)+U2=U1,則U2U1,B項錯誤;由歐姆定律有U1I=U內(nèi)+U2I=r+R2,可知U1I大小不變,C項錯誤;U2I=R2,可知U2I大小不變,D項正確?！敬鸢浮緿題型四電路中的圖象問題閉合電路的五類圖象類型關(guān)系式圖象特例I-R圖線I=ER+r(純電阻電路)短路R=0,I=Er,圖象與I軸交點斷路R=,I=0,圖象與R軸交點U-R圖線U=ERr+R(純電阻電路)短路R=0,U=0,U內(nèi)=E斷路R=,U=E,U內(nèi)=0U-I圖線U=E-Ir(任意電路)短路R=0,I=Er,U=0斷路R=,I=0,U=EP-R圖線P出=E2(r+R)2R(純電阻電路)當(dāng)R=r時,電源的輸出功率最大,Pmax=E24rPPmax時有兩個等效電阻,且R1R2=rP-I圖線P=EI-I2r(任意電路)當(dāng)I=E2r時,電源輸出功率最大,且最大輸出功率Pmax=E24r【例4】(多選)在如圖甲所示的電路中,電源電動勢為3.0 V,內(nèi)阻不計,L1、L2為相同規(guī)格的小燈泡,這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示,R為定值電阻,阻值為7.5 。當(dāng)開關(guān)S閉合后()。甲 乙A.L1的電阻為112 B.L1消耗的電功率為7.5 WC.L2的電阻為7.5 D.L2消耗的電功率為0.3 W【解析】S閉合后,L1兩端的電壓為3.0V,由題圖乙可知,I1=0.25A,故P1=0.75W,R1=12,A、B兩項錯誤。L2與R及電源串聯(lián),把R和電源等效成電動勢為3V,內(nèi)阻為7.5的新電源,在題圖乙中作出新電源的I-U圖線,如圖丙所示,兩圖線的交點表示此時L2兩端的電壓與通過的電流的大小,由圖丙可知U2=1.5V,I2=0.2A,所以R2=U2I2=7.5,P2=U2I2=0.3W,C、D兩項正確。丙【答案】CD利用電源與電阻的伏安特性曲線求解電阻工作點利用電源的U-I圖象和電阻的U-I圖象解題,無論電阻的U-I圖象是線性還是非線性,解決此類問題的基本方法是圖解法,即把電源和電阻的U-I圖線畫在同一坐標(biāo)系中,圖線的交點即電阻的“工作點”,電阻的電壓和電流可求,其他的量也可求。具體方法是:(1)將待研究的電阻摘除,將剩余的電路進行等效,求其斷路電壓,作為等效電源電動勢E;求其短路電流,作為等效電源的短路電流I;等效電源的內(nèi)阻r=EI。(2)在可變電阻伏安特性曲線圖中繪制出上述等效電源的伏安特性曲線,并確定兩條曲線的交點的橫、縱坐標(biāo)(U0,I0)。(3)可變電阻兩端此時的電壓為U0,可變電阻此時的電流為I0,可變電阻的功率P=U0I0,可變電阻此時的阻值R=U0I0。【變式訓(xùn)練7】(2018山東濰坊聯(lián)考)(多選)如圖所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,下列結(jié)論正確的是()。A.電源的電動勢為6.0 VB.電源的內(nèi)阻為12 C.電源的短路電流為0.5 AD.電流為0.3 A時的外電阻為18 【解析】由于該電源的U-I圖象的縱軸坐標(biāo)不是從零開始的,故縱軸上的截距仍為電源的電動勢,即E=6.0V,但橫軸上的截距0.5A并不是電源的短路電流,故內(nèi)阻應(yīng)按斜率的絕對值計算,即r=|UI|=6.0-5.00.5-0=2。由閉合電路歐姆定律可得電流I=0.3A時,外電阻R=EI-r=18。故A、D兩項正確?！敬鸢浮緼D【變式訓(xùn)練8】(2018湖南常德質(zhì)檢)(多選)如圖甲所示的電路中,將滑動變阻器R2的滑片由a端向b端移動,用兩個電表分別測量電壓和電流,得到部分U-I關(guān)系圖象如圖乙所示,則()。甲乙A.電源的電動勢為6 VB.滑動變阻器的總阻值為20 C.當(dāng)電壓表示數(shù)為5.0 V時,電源效率最高D.當(dāng)電壓表示數(shù)為5.0 V時,R2消耗的總功率最大【解析】由圖乙可知,當(dāng)滑片位于中央時,并聯(lián)電阻最大,aP部分電阻等于Pb部分電阻,有R22=UI=10,解得R2=20,B項正確;此時電壓表的示數(shù)最大,外電阻也最大,而電源的效率=P出P總=R外R外+r,此時電源的效率最高,C項正確;當(dāng)電壓表的示數(shù)為4V時,電流表的示數(shù)為0.25A(通過aP部分的電流),則通過Pb部分支路的電流為1.00A,則RaP=4RPb,根據(jù)閉合電路歐姆定律E=4+1.25(R1+r),E=5+(R1+r),兩式聯(lián)立解得R1+r=4,E=9V,A項錯誤;當(dāng)R2兩部分的并聯(lián)電阻等于R1+r=4時,R2消耗的功率最大,此時電壓表的示數(shù)不是5.0V,D項錯誤?！敬鸢浮緽C題型五電路故障問題電路故障一般是短路或斷路。常見的情況有導(dǎo)線斷芯、燈泡斷絲、燈泡短路、電阻內(nèi)部斷路、接觸不良等現(xiàn)象。(1)故障的特點斷路狀態(tài)的特點短路狀態(tài)的特點電源電壓不為零而電流為零;若外電路某兩點之間的電壓不為零,則這兩點間有斷點,而這兩點與電源連接部分無斷點有電流通過電路而電壓為零(2)故障現(xiàn)象常見故障故障解讀原因分析正常無數(shù)“電流表示數(shù)正?！北砻麟娏鞅硭陔娐窞橥?“電壓表無示數(shù)”表明無電流通過電壓表故障原因可能是:a.電壓表損壞;b.電壓表接觸不良;c.與電壓表并聯(lián)的用電器短路正常無數(shù)“電壓表有示數(shù)”表明電壓表有電流通過,“電流表無示數(shù)”說明沒有或幾乎沒有電流流過電流表故障原因可能是:a.電流表短路;b.和電壓表并聯(lián)的用電器斷路、均無數(shù)“兩表均無示數(shù)”表明無電流通過兩表除了兩表同時被短路外,可能是干路斷路導(dǎo)致無電流【例5】二極管具有單向?qū)щ娦?當(dāng)正極接電源正極(正接)時二極管導(dǎo)通(電流可以通過二極管,且二極管的阻值很小,可忽略),當(dāng)負(fù)極接電源正極(反接)時二極管截止(阻值很大,電流可忽略)。為了驗證二極管的這一特性,將其接入如圖所示電路cd之間的D處,閉合開關(guān)時燈不亮。經(jīng)初步檢查各接線均牢固正確,為了確定電路故障的位置,四位同學(xué)各自進行了以下操作。操作步驟現(xiàn)象1S閉合,多用電表調(diào)至電壓擋,紅表筆接a,黑表筆分別接b、c、d、e示數(shù)分別為0、0、6 V、6 V2S閉合,斷開導(dǎo)線bc的c端,用c端分別接d、e、f燈泡均亮3S斷開,多用電表調(diào)至歐姆擋,紅表筆接c,黑表筆接d指針有大角度偏轉(zhuǎn)4S斷開,多用電表調(diào)至歐姆擋,紅表筆接d,黑表筆接c指針有微小偏轉(zhuǎn)由此可判斷()。A.根據(jù)同學(xué)1的操作說明故障在a、b之間B.根據(jù)同學(xué)2的操作說明故障在b、c之間C.根據(jù)同學(xué)1、3的操作即可判斷故障的原因是二極管正、負(fù)極接錯D.根據(jù)同學(xué)2、4的操作即可判斷故障的原因是二極管已損壞斷開【解析】閉合開關(guān)S時燈不亮,在接線正確的情況下,故障有兩種可能:導(dǎo)線斷開或二極管故障(反接或損壞斷開)。同學(xué)1的操作結(jié)果中,電壓為零的點為b、c,黑表筆與電源是斷開的,電壓為6V的點d、e與電源是相通的,說明故障只在c、d之間,A項錯誤;同學(xué)2的操作結(jié)果與同學(xué)1相同,B項錯誤;同學(xué)3的操作說明二極管的正極接在d點,被反接了,結(jié)合同學(xué)1的結(jié)果可以判斷故障原因是二極管正、負(fù)極接錯,C項正確;由于二極管正、負(fù)極接錯,同學(xué)4的操作測定的是二極管的反向電阻,應(yīng)該很大,并不能表明二極管已損壞斷開,D項錯誤?！敬鸢浮緾電路故障分析方法(1)電表檢測法儀器:電壓表測串聯(lián)電路;電流表測并聯(lián)電路;歐姆表測某部分電阻。優(yōu)先考慮使用電壓表。電壓表檢測:條件電源與外電路接通斷路故障的判斷:用電壓表與電源并聯(lián),若有電壓,再逐段與電路并聯(lián),若電壓表指針偏轉(zhuǎn),則該段電路中有斷點。短路故障的判斷:用電壓表與電源并聯(lián),若有電壓,再逐段與電路并聯(lián),若電壓表示數(shù)為零,則該并聯(lián)段電路被短路;若電壓表示數(shù)有偏轉(zhuǎn),則該并聯(lián)段電路沒有被短路或不完全被短路。歐姆表檢測:條件電源與外電路斷開方法:用歐姆表與各部分并接示數(shù)為零:短路示數(shù)無窮大:斷路(2)分析判斷法根據(jù)題給現(xiàn)象或直接分析判斷,或作相應(yīng)假設(shè)后分析應(yīng)該出現(xiàn)的現(xiàn)象,然后與實際情況相對比,由對比結(jié)果再確定故障點或故障類型?！咀兪接?xùn)練9】(2018河南鄭州模擬)(多選)三個不同的小燈泡連接成如圖所示的電路,電表均為理想電表,L1、L2兩燈電阻相等且均為2R。合上開關(guān)S,L1、L2正常發(fā)光,L3較暗。一段時間后,由于電路故障,電壓表示數(shù)明顯增大,繼而電路中有燈泡熄滅。下列判斷正確的是()。A.可能是電阻R斷開,L1、L2均熄滅B.可能是L2短路,只有L2熄滅C.可能是L1斷路,L1、L2均熄滅D.L3變亮,電流表示數(shù)增大【解析】由電路連接可知,電流表測量通過L3的電流,電壓表測量A、B間電壓。由于電路故障,電壓表示數(shù)明顯增大,繼而電路中有燈泡熄滅,說明燈泡熄滅是由電壓升高引起的。若電阻R斷開,則電壓表與電源斷開,示數(shù)為零,A項錯誤;若L2短路,則電壓表被短路,示數(shù)為零,B項錯誤;若L1斷路,電路A、B間的并聯(lián)電阻由原來的R1R2R1+R2=R變?yōu)?R,會導(dǎo)致電壓表示數(shù)明顯增大,同時由于電壓過高,L2也很快燒毀,故L1、L2均熄滅,C項正確;電路總電阻增大,路端電壓升高,L3變亮,電流表示數(shù)增大,D項正確?！敬鸢浮緾D1.(2018北京模擬)R1和R2是材料相同,厚度相同,表面都為正方形的導(dǎo)體,但R1的尺寸比R2大得多,把它們分別連接在如圖所示電路的A、B端,接R1時電壓表的讀數(shù)為U1,接R2時電壓表的讀數(shù)為U2,下列判斷正確的是()。A.R1R2C.U1P2 B.P1=P2C.12【解析】由圖線的交點讀出,R1接在電源上時,電源的輸出功率P1=U1I1=42W=8W;R2接在電源上時,電源的輸出功率P2=U2I2=24W=8W,即P1=P2,A項錯誤,B項正確;電源的效率=P出P總=UIEI=UE,效率與路端電壓成正比,R1接在電源上時路端電壓大,效率高,12,C項錯誤,D項正確?！敬鸢浮緽D5.(2018重慶模擬)(多選)如圖所示的電路中,定值電阻為R,滑動變阻器最大阻值R=2R,電源電動勢為E,內(nèi)阻r=R,燈泡L的電阻為R,為零刻度在中央的理想電流計,為理想電壓表,在滑動變阻器的滑片P從左端滑到右端的過程中,下列判斷正確的是()。A.的示數(shù)先減小后增大B.的示數(shù)先增大后減小C.電源的輸出功率先增大后減小D.燈泡L先變暗后變亮【解析】在滑動變阻器的滑片P從左端滑到右端的過程中,當(dāng)滑片P滑到變阻器中點,即兩邊電阻均為R時,電流計的示數(shù)為零,則的示數(shù)先減小到零后增大,A項正確。當(dāng)滑片P滑到變阻器中點,即兩邊電阻均為R時,外電路的總電阻最大,此時路端電壓最大,即的示數(shù)先增大后減小;當(dāng)滑片P滑到變阻器中點時,R外=R=r,此時電源的輸出功率最大,則電源的輸出功率先增大后減小,B、C兩項正確。當(dāng)滑片P滑到變阻器最左端時,燈泡被短路,不亮;滑片P滑到變阻器中點時,外電路電阻為R,則通過燈泡的電流IL=E4R;當(dāng)P滑到最右端時,外電路電阻為2R3,通過燈泡的電流IL=2E5R,則當(dāng)滑動變阻器的滑片P從左端滑到右端的過程中,燈泡L一直變亮,D項錯誤?！敬鸢浮緼BC6.(2018上海模擬)如圖所示,電路中三個電阻R1、R2和R3的阻值分別為R、2R和4R。當(dāng)開關(guān)S1斷開、S2閉合時,電源輸出功率為P0;當(dāng)S1閉合、S2斷開時,電源的輸出功率也為P0。則當(dāng)S1、S2都斷開時電源的電動勢和總功率分別為()。A.3P0R,P02B.2P0R,P0C.3P0R,P0D.P0R,P0【解析】當(dāng)開關(guān)S1斷開、S2閉合時,電路中電流I1=ER+r,P0=I12R=E2(R+r)2R;當(dāng)S1閉合、S2斷開時,電路中電流I2=E4R+r,P0=I224R=E2(4R+r)24R,聯(lián)立解得r=2R,E=3P0R;當(dāng)S1、S2都斷開時,電源的總功率P=E2R1+R2+R3+r=P0,C項正確?！敬鸢浮緾7.(2019天津月考)如圖所示,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r,平行板電容器兩金屬板水平放置,開關(guān)S是閉合的,兩板間一質(zhì)量為m,電荷量為q的油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),為靈敏電流計。則下列說法正確的是()。A.若電阻R2斷路,油滴向上加速運動,中有從b到a的電流B.在將滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,油滴向下加速運動,中有從a到b的電流C.在將滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,油滴仍然靜止,中有從a到b的電流D.在將S斷開后,油滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài),中無電流通過【解析】若電阻R2斷路,則外電路電阻變大,總電流變小,所以電容器兩端的電壓變大,根據(jù)Q=CU,可知電容器要充電,所以中有從b到a的電流,由于電壓增大,所以電容器兩板之間的電場強度會變大,導(dǎo)致油滴向上加速運動,A項正確。在將滑動變阻器滑片P向上移動的過程中,回路中電阻變大,電流變小,所以電容器兩端的電壓增大,故中有從